(57)【要約】【課題】小型で安価な構成で、スリップ比を広範囲に可変とし高い精度で制御可能で、スリップ比によって異なる路面摩擦係数の状態を高精度で正確に計測することが可能な路面摩擦係数計測装置を提供すること。【解決手段】外周面が路面に接触する試験輪１２０を回転駆動する駆動手段と、試験輪１２０と路面との摩擦係数を計測する制御手段１８０とを有する路面摩擦係数計測装置１００であって、試験輪１２０、駆動手段および制御手段１８０が、走行輪１３０を備え牽引あるいは推進によって走行する台車１１０に支持され、制御手段１８０が試験輪１２０の外周面と路面とのスリップ比を任意に設定すること。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面が路面に接触する試験輪と、該試験輪を回転駆動する駆動手段と、前記試験輪の回転負荷を測定して試験輪と路面との摩擦係数を計測する制御手段とを有する路面摩擦係数計測装置であって、
前記試験輪、駆動手段および制御手段が、走行輪を備え牽引あるいは推進によって走行する台車に支持され、
前記制御手段が、前記駆動手段を制御して前記試験輪の外周面と路面とのスリップ比を任意に設定可能に構成されていることを特徴とする路面摩擦係数計測装置。
【請求項２】
前記駆動手段が、前記走行輪の回転によって前記試験輪の回転駆動力を得ることを特徴とする路面摩擦係数計測装置。
【請求項３】
前記制御手段が、路面に対する台車の対地速度を検出する速度センサーを備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の路面摩擦係数計測装置。
【請求項４】
前記駆動手段が、前記走行輪と試験輪との間で変速機構を介して回転を伝達する伝達機構と、前記試験輪を制動する制動機構とを備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の路面摩擦係数計測装置。
【請求項５】
前記伝達機構が、クラッチおよび無段階変速機構を備えていることを特徴とする請求項４に記載の路面摩擦係数計測装置。
【請求項６】
前記無段階変速機構が、回転数可変の油圧伝動機構であることを特徴とする請求項５に記載の路面摩擦係数計測装置。
【請求項７】
前記無段階変速機構が、電動モータ、発電機および電動モータの駆動制御手段からなることを特徴とする請求項５に記載の路面摩擦係数計測装置。
【請求項８】
前記台車には電力供給手段が備えられ、
前記計測制御手段が、該電力供給手段の電力により動作することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の路面摩擦係数計測装置。
【請求項９】
前記台車には電力供給手段が備えられ、
前記制御手段が、該電力供給手段の電力により動作し、
該電力供給手段が、前記発電機の電力を利用することを特徴とする請求項７に記載の路面摩擦係数計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験輪を駆動しながら路面と接触させ、その回転負荷を測定して試験輪と路面との摩擦係数を計測する路面摩擦係数計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
道路や滑走路がどのくらい滑りやすい状態であるかを管理することは、自動車や航空機にとって、安全性上重要な問題である。滑りやすさは、路面とタイヤの間にどのくらいの摩擦があるかで評価され、路面摩擦係数がその尺度となる。
一般に、道路や空港の滑走路の路面摩擦係数の測定は、測定装置を備えた計測車両を走行させて行っているが、このとき、路面とタイヤの間の摩擦は、路面に対してタイヤがどれだけスリップしているかに大きく関係してくる。このスリップの度合いは、スリップ比と称されており、
スリップ比＝（前進速度−タイヤ外周面の周速度）／前進速度
で表され、０〜１の値をとる。
スリップ比が０のときは、タイヤは路面に対して滑ることなく転がっている状態であり、路面摩擦係数は非常に小さくなり、スリップ比が１のときは、タイヤがロックしている状態であり路面摩擦係数は大きくなる。
このようにスリップ比によって路面摩擦係数は変化するが、最大の路面摩擦係数となるスリップ比は一定ではなく、路面の状態に左右される。
【０００３】
従来、路面摩擦係数の計測のために、車両の後部中央に計測用タイヤ（試験輪）を設置する改造を行い、走行輪に対して一定のスリップ比で回転させた試験輪を路面に押しつけ、その回転負荷から摩擦係数を計測する方法（非特許文献）、より簡便な機構として車両の後輪に支持アームを介して試験輪を取り付けて、やはり走行輪に対して一定のスリップ比で試験輪を回転させ、その回転負荷から摩擦係数を計測する方法（特許文献１）等が公知である。
【０００４】
また、スリップ比を可変とした装置として、計測車両もしくは車両に牽引される第２の車両にブレーキ装置を搭載した試験輪を取り付ける方法が公知である（特許文献２）。
さらに、スリップ比を可変とし、かつ、そのスリップ比を制御できる装置としては、計測車両に搭載した試験輪をモータで駆動させる方法が公知である（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１８３２５０号公報
【特許文献２】特開平４−８３１４７号公報
【特許文献３】特開平４−１５７３４１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】航空宇宙技術研究所報告1443号「雪氷滑走路面摩擦係数測定装置の開発」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記非特許文献や特許文献１等で公知のスリップ比が機構上固定された計測装置では、常に一定のスリップ比での路面摩擦係数しか計測できず、スリップ比によって異なる路面摩擦係数の状態を正確に計測することが出来ないという問題があった。
また、走行輪とリンクさせることで試験輪を駆動させ、走行輪との関係で試験輪のスリップ比を設定しているが、走行輪自体にも必ず所定のスリップが発生し、その走行輪のスリップが走行状況、路面状況に応じて必ずしも一定の値ではないため、精度の高い試験輪のスリップ比を得ることがそもそもできないという問題があった。
【０００８】
一方、上記特許文献２等で公知のブレーキ装置によりスリップ比を可変にする計測装置では、走行輪自体が試験輪であり、ロックアップさせることなく制動することでスリップさせて任意の値とするものであるため、スリップ比が大きい範囲の設定ができないとともに、スリップ比を変動させつつその瞬時値から路面摩擦係数を算出するため、瞬間的な変動やノイズによって計測の精度が低下し、高精度で計測することが出来ないという問題があった。
また、走行輪自体にも必ず所定のスリップが発生するため、スリップ比が０近辺の設定もできないという問題があった。
【０００９】
さらに、上記特許文献３等で公知の、計測車両に搭載した試験輪をモータで駆動してスリップ比を可変にする計測装置では、計測車両の中央部に、試験輪、試験輪の載荷装置、モータ、トルクシャフト等を組み込むために車両構造や電気回路の大幅な改造が必要となる。
そして、これらの装置は、小型車両では搭載が困難なため、バスのような大型の車両を専用の計測装置とすることが必要となり、計測装置として非常に大型で高価なものとなるという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、小型で安価な構成で、スリップ比を広範囲に可変とし高い精度で制御可能で、スリップ比によって異なる路面摩擦係数の状態を高精度で正確に計測することが可能な路面摩擦係数計測装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本請求項１に係る発明は、外周面が路面に接触する試験輪と、該試験輪を回転駆動する駆動手段と、前記試験輪の回転負荷を測定して試験輪と路面との摩擦係数を計測する制御手段とを有する路面摩擦係数計測装置であって、前記試験輪、駆動手段および制御手段が、走行輪を備え牽引あるいは推進によって走行する台車に支持され、前記制御手段が、前記駆動手段を制御して前記試験輪の外周面と路面とのスリップ比を任意に設定可能に構成されていることにより、前記課題を解決するものである。
【００１２】
本請求項２に係る発明は、請求項１に係る路面摩擦係数計測装置の構成に加え、前記駆動手段が、前記走行輪の回転によって前記試験輪の回転駆動力を得ることにより、前記課題を解決するものである。
【００１３】
本請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に係る路面摩擦係数計測装置の構成に加え、前記制御手段が、路面に対する台車の対地速度を検出する速度センサーを備えていることにより、前記課題を解決するものである。
【００１４】
本請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに係る路面摩擦係数計測装置の構成に加え、前記駆動手段が、前記走行輪と試験輪との間で変速機構を介して回転を伝達する伝達機構と、前記試験輪を制動する制動機構とを備えていることにより、前記課題を解決するものである。
【００１５】
本請求項５に係る発明は、請求項４に係る路面摩擦係数計測装置の構成に加え、前記伝達機構が、クラッチおよび無段階変速機構を備えていることにより、前記課題を解決するものである。
【００１６】
本請求項６に係る発明は、請求項５に係る路面摩擦係数計測装置の構成に加え、前記無段階変速機構が、回転数可変の油圧伝動機構であることにより、前記課題を解決するものである。
【００１７】
本請求項７に係る発明は、請求項５に係る路面摩擦係数計測装置の構成に加え、前記無段階変速機構が、電動モータ、発電機および電動モータの駆動制御手段からなることにより、前記課題を解決するものである。
【００１８】
本請求項８に係る発明は、請求項１乃至請求項７のいずれかに係る路面摩擦係数計測装置の構成に加え、前記台車には電力供給手段が備えられ、前記計測制御手段が、該電力供給手段の電力により動作することにより、前記課題を解決するものである。
【００１９】
本請求項９に係る発明は、請求項７に係る路面摩擦係数計測装置の構成に加え、前記台車には電力供給手段が備えられ、前記制御手段が、該電力供給手段の電力により動作し、該電力供給手段が、前記発電機の電力を利用することにより、前記課題を解決するものである。
【発明の効果】
【００２０】
本請求項１に係る路面摩擦係数計測装置によれば、試験輪、駆動手段および制御手段が、走行輪を備え牽引あるいは推進によって走行する台車に支持されることで、全体を小型化し簡単で安価な構成とすることができる。
また、駆動手段および制御手段によって試験輪を独立して制御し、スリップ比を任意に設定することで、スリップ比を広範囲に可変とし高い精度で制御可能で、スリップ比によって異なる路面摩擦係数の状態を高精度で正確に計測することが可能となる。
【００２１】
本請求項２に記載の構成によれば、駆動手段が、走行輪の回転によって試験輪の回転駆動力を得ることで、牽引あるいは推進するための車両等から動力を供給したり、台車上に試験輪の駆動のための動力源を別途搭載する必要がないため、より簡単で安価な構成とすることができる。
本請求項３に記載の構成によれば、路面に対する台車の対地速度を正確に計測することができるため、走行輪のスリップの影響をうけることなく試験輪のスリップ比をより正確に設定することが可能となり、スリップ比を広範囲に可変とし高い精度で制御可能で、スリップ比によって異なる路面摩擦係数の状態を高精度で正確に計測することが可能となる。
本請求項４に記載の構成によれば、変速機構の変速比を変更してスリップ比を１に近い大きな状態を設定する際に、制動機構によって試験輪の回転速度を素早く小さくすることが可能となるため、スリップ比をより円滑に広範囲に可変とし高い精度で制御可能となる。
【００２２】
本請求項５に記載の構成によれば、無段階変速機構によってスリップ比を連続的に任意の値の制御可能となり、また、クラッチにより駆動を断ち制動機構により試験輪を停止させることでスリップ比を１に設定することも可能となるため、スリップ比をより円滑に広範囲に可変とし高い精度で制御可能となる。
本請求項６および請求項７に記載の構成によれば、無段変速機機構を小型化可能でかつ配置の自由度が向上し、全体をより小型化することができる。
本請求項８および請求項９に記載の構成によれば、牽引あるいは推進するための車両等から電力を供給する必要がないため、より簡単で安価な構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の１実施例である路面摩擦係数計測装置の側面図。
【図２】本発明の１実施例である路面摩擦係数計測装置の平面図。
【図３】本発明の１実施例である路面摩擦係数計測装置の駆動手段の概略説明図。
【図４】本発明の他の実施例である路面摩擦係数計測装置の駆動手段の概略説明図。
【図５】本発明のさらに他の実施例である路面摩擦係数計測装置の駆動手段の概略説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の路面摩擦係数計測装置は、外周面が路面に接触する試験輪と、該試験輪を回転駆動する駆動手段と、試験輪の回転負荷を測定して試験輪と路面との摩擦係数を計測する制御手段とを有し、試験輪、駆動手段および制御手段が、走行輪を備え牽引あるいは推進によって走行する台車に支持され、制御手段が駆動手段を制御して試験輪の外周面と路面とのスリップ比を任意に設定するものであり、全体を小型化し簡単で安価な構成とすることができ、また、試験輪を独立して制御しスリップ比を任意に設定可能に構成されていることで、スリップ比を広範囲に可変とし高い精度で制御可能で、スリップ比によって異なる路面摩擦係数の状態を高精度で正確に計測することが可能となるものである。
【実施例１】
【００２５】
本発明の一実施例である路面摩擦係数計測装置１００は、図１、図２に概略的に示すように、走行輪１３０を備え連結部１１１を介して自動車等に牽引される台車１１０に、試験輪１２０、駆動手段および制御手段１８０が支持されて構成されている。
駆動手段は、走行輪１３０の回転によって駆動される油圧ポンプ１４１と、該油圧ポンプ１４１から供給される圧油によって駆動される油圧モータ１４２を有し、試験輪１２０は該油圧モータ１４２により回転駆動される。
油圧ポンプ１４１は例えば可変容量ポンプで構成されており、変速機構１６０を制御することによって供給する圧油の量が調節され、油圧モータ１４２の回転数が制御される。
油圧モータ１４２の出力軸には制動機構１７０が設けられており、油圧モータ１４２の駆動力を解除して試験輪１２０を停止させた状態とすることを可能としている。
試験輪１２０は昇降機構１２１により所定の押圧力で路面に押し付けるとともに、路面との接地を解除することも可能に構成されている。
【００２６】
また、走行輪１３０が台車１１０に対してサスペンション１３１を介して支持され、試験輪１２０が昇降機構１２１により所定の力で路面に押し付けられることで、路面の凹凸や振動に対しても台車１１０が円滑に走行するとともに、試験輪１２０が常に所定の押圧力で接地して正確な計測が可能となるように構成されている。
なお、台車１１０には補助輪１１２が路面に対して出没可能に設けられている。このことで、自動車等に連結されていない路面摩擦係数計測装置１００を単独で容易に移動させることができ、非使用時や、使用開始・終了時の取り扱いを迅速に行うことができる。
【００２７】
図３に、本発明の一実施例である路面摩擦係数計測装置１００の計測動作に関連する概略説明図を示す。
台車１１０が自動車等で牽引されることによって走行輪１３０が回転し、その回転により油圧ポンプ１４１が駆動される。
油圧ポンプ１４１は変速機構１６０が備えられており供給する圧油の量を調節可能に構成されている。
油圧ポンプ１４１から供給される圧油は、伝達機構を構成する油圧配管１５０を介して油圧モータ１４２を駆動し、油圧モータ１４２により試験輪１２０が回転駆動される。
試験輪１２０の回転軸には制動機構１７０が備えられている。
また、任意の位置に台車１１０の対地速度を測定する対地速度センサー１８１が備えられ、試験輪１２０の回転軸には負荷センサー１８２が備えられている。
【００２８】
制御手段１８０は、試験輪１２０の外周面と路面とのスリップ比を任意に設定可能で、対地速度センサー１８１、負荷センサー１８２、変速機構１６０、油圧モータ１４２、および制動機構１７０を監視あるいは制御可能に構成されている。
このことで、制御手段１８０によって、対地速度センサー１８１により検出された台車１１０の速度と、油圧モータ１４２の回転数から計算される試験輪１２０の外周面の周速度とを任意の比となるように変速機構１６０を制御することで、試験輪１２０の外周面と路面とのスリップ比を正確に設定することが可能となる。
なお、スリップ比を１とする、すなわち試験輪１２０を完全に停止させる場合は、制御手段１８０によって制動機構１７０を作動させれば良い。
試験輪１２０の直径および昇降機構１２１による路面に対する押圧力は既知であるため、制御手段１８０によって、既知の値と負荷センサー１８２で検出した回転負荷から任意のスリップ比における路面と試験輪１２０の間の摩擦係数を演算することができる。
なお、路面に対する押圧力は、昇降機構１２１に設定された所定値を既知のものとして用いず、別途のセンサーを設けてリアルタイムに検出しても良い。
また、個々の構成部材、センサー等の具体的な構成は、上記の動作を行えるものであればいかなるものであっても良く、それぞれ、公知の安価な構成部材を使用することが可能である。
【実施例２】
【００２９】
図４に、上記実施例における油圧を用いた駆動手段を、機械的な構成に置き換えた他の実施例を示す。
台車１１０が自動車等で牽引されることによって走行輪１３０が回転し、その回転は入力クラッチ１４３、ギアユニット１５２を介して無段変速機１６１に伝達される。
無段変速機１６１の回転出力は、出力クラッチ１４４、制動機構１７０を介して試験輪１２０に伝達される。
また、任意の位置に台車１１０の対地速度を測定する対地速度センサー１８１が備えられ、試験輪１２０の回転軸には負荷センサー１８２が備えられている。
【００３０】
制御手段１８０は、試験輪１２０の外周面と路面とのスリップ比を任意に設定可能で、対地速度センサー１８１、負荷センサー１８２、入力クラッチ１４３、無段変速機１６１、出力クラッチ１４４、および制動機構１７０を監視あるいは制御可能に構成されている。
このことで、制御手段１８０によって、対地速度センサー１８１により検出された台車１１０の速度と、無段変速機１６１の出力回転数から計算される試験輪１２０の外周面の周速度とを任意の比となるように無段変速機１６１を制御することで、試験輪１２０の外周面と路面とのスリップ比を正確に設定することが可能となる。
なお、スリップ比を１とする、すなわち試験輪１２０を完全に停止させる場合は、制御手段１８０によって入力クラッチ１４３および出力クラッチ１４４を開放し、制動機構１７０を作動させれば良い。
【実施例３】
【００３１】
図５に、上記実施例における油圧、あるいは機械的な構成を用いた駆動手段を、電気的な構成に置き換えたさらに他の実施例を示す。
台車１１０が自動車等で牽引されることによって走行輪１３０が回転し、その回転により発電機１４５が駆動される。
発電機１４５で発電した電力は、電力ライン１５３を介してバッテリー１５４および電動モータ１４６に供給される。
電動モータ１４６は任意に回転数を調節可能に構成されている。
電動モータ１４６の回転出力は、制動機構１７０を介して試験輪１２０に伝達される。
また、任意の位置に台車１１０の対地速度を測定する対地速度センサー１８１が備えられ、試験輪１２０の回転軸には負荷センサー１８２が備えられている。
【００３２】
制御手段１８０は、試験輪１２０の外周面と路面とのスリップ比を任意に設定可能で、対地速度センサー１８１、負荷センサー１８２、電動モータ１４６、および制動機構１７０を監視あるいは制御可能に構成されている。
このことで、制御手段１８０によって、対地速度センサー１８１により検出された台車１１０の速度と、電動モータ１４６の出力回転数から計算される試験輪１２０の外周面の周速度とを任意の比となるように無段変速機１６１を制御することで、試験輪１２０の外周面と路面とのスリップ比を正確に設定することが可能となる。
なお、スリップ比を１とする、すなわち試験輪１２０を完全に停止させる場合は、制動機構１７０を作動させれば良い。
また、バッテリー１５４は、発電機１４５の供給電力が電動モータ１４６を駆動するために常に充分である場合は省略されても良く、また、制御手段１８０を動作させる電力をまかなうバッテリーと共用しても良い。
【００３３】
上記実施例では、制御手段１８０による路面摩擦係数の算出結果の出力、表示、記録等についての説明は省略したが、制御手段１８０は、汎用の計測装置、入出力装置、演算装置、プログラミング装置等を組み合わせて構成することが可能であり、適宜の手段で行えば良い。
また、スリップ比の設定や、多点の測定の際のスリップ比の変更動作についても、汎用の計測装置、入出力装置、演算装置、プログラミング装置等を用いて最適なシーケンスで行えば良い。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の路面摩擦係数計測装置は、特に使用中の道路や空港の滑走路において、天候の急変等によって路面摩擦係数が変化したことを迅速に計測、管理する必要がある用途に好適である。
【符号の説明】
【００３５】
１００  ・・・  路面摩擦係数計測装置
１１０  ・・・  台車
１１１  ・・・  連結部
１１２  ・・・  補助輪
１２０  ・・・  試験輪
１２１  ・・・  昇降機構
１３０  ・・・  走行輪
１３１  ・・・  サスペンション
１４１  ・・・  油圧ポンプ
１４２  ・・・  油圧モータ
１４３  ・・・  入力クラッチ
１４４  ・・・  出力クラッチ
１４５  ・・・  発電機
１４６  ・・・  電動モータ
１５０  ・・・  油圧配管
１５２  ・・・  ギアユニット
１５３  ・・・  電力ライン
１５４  ・・・  バッテリー
１６０  ・・・  変速機構
１６１  ・・・  無段変速機
１７０  ・・・  制動機構
１８０  ・・・  制御手段
１８１  ・・・  対地速度センサー
１８２  ・・・  負荷センサー
【図１】
2013050416.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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